Виды и причины сварочных деформаций

Виды деформаций в сварных изделиях и их причины | svarnoy.info

Деформации в сварных конструкциях появляются вследствие внутренних напряжений, которые вызываются различными причинами.

Причины возникновения этих напряжений можно разделить на две основные группы:

— неизбежные, без которых процесс обработки невозможен;

— сопутствующие, которые, в принципе, можно устранить.

К неизбежным причинам возникновения напряжений при сварке относятся, например, неравномерный нагрев, кристаллизационная усадка швов, структурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.

К сопутствующим причинам возникновения напряжений и деформаций относятся такие причины, как:

— неверные конструктивные решения сварных узлов (неправильно выбранный тип соединения, слишком близкое расположение сварных швов, частое пересечение сварных швов т. п.);

— неправильное применение техники и технологии сварки (несоблюдение режимов сварки, неправильный выбор электродов, некачественная подготовка металла к сварке и т. д.);

— низкая квалификация сварщика.

Обратите внимание

Любой металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. При изменении температуры изменяется структура металла, происходит перегруппировка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой.

Например, олово способно переходить от одного типа кристаллической решетки к другому, причем со значительным изменением объема (до 26%).

Это вызывает возникновение значительных внутренних напряжений, которые, в свою очередь, нередко приводят к образованию трещин.

Если олово будет достаточно длительное время находиться при температуре — 20°C, оно начинает разрушаться от самопроизвольного растрескивания.

Изменение температуры приводит к перемещению частиц металла. Если такое перемещение будет встречать сопротивление, то в металле возникнет напряженное состояние.

Такое сопротивление может вызваться закреплением детали, препятствующим свободному растяжению или сжатию при нагревании или охлаждении.

Кроме того, напряжения в металле могут вызываться неравномерным нагреванием, когда одни области нагреваются больше, другие меньше.

Напряжения могут возникнуть также в результате изменений структуры.

Например, кристаллизационная усадка металла шва происходит из-за того, что металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, но поскольку шов имеет жесткую связь с более холодным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений.

Важно

Если же происходит кристаллизационная усадка незакрепленного (свободного) образца металла, это приведет только к его укорочению.

В случаях, когда усадка имеет место при жестком закреплении свариваемых деталей или при неравномерном нагреве, в конструкции после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию.

Деформации, возникающие при сварке, принято разделять на следующие виды:

— временные и остаточные;

— местные и общие;

— в плоскости и вне плоскости сварного соединения.

Деформации, которые возникают в некоторый момент времени, при сварке, а после сварки исчезают, называются временными.

Деформации, возникающие в изделии к моменту его полного охлаждения, называются остаточными или конечными.

Местные деформации возникают в отдельных участках изделий (выпучины, волнистости и т. д.), деформации, при которых искривляются геометрические оси и изменяются размеры всего изделия, называются общими.

Деформации возможны в плоскости сварного изделия (рис. 1) — например, продольные и поперечные, а также вне плоскости (рис. 2).

Рис. 1.Деформации в плоскости сварных соединений;

1 — форма соединения до сварки, 2 — после сварки.

Рис. 2.Деформации вне плоскости сварных соединений:

а — серповидность балки, б — грибовидность полок балки, в — угловая деформация стыкового соединения, f — прогиб балки; 1, 2, 3, 4- порядок наложения швов

Источник: http://svarnoy.info/statyi/tsp/vidy-deformacij-v-svarnyx-izdeliyax-i-ix-prichiny/

Деформации при сварке – причины возникновения и способы устранения

Многие начинающие и даже опытные сварщики часто сталкиваются с проблемой деформации сварных соединений (искривлений рабочей поверхности из-за теплового воздействия дуги).

Деформации могут приводить ко многим неприятностям, самая опасная из которых — это риск получить  конструктивно ненадежные соединения.

Этот материал поможет понять, что представляют собой деформации, как они происходят, какое влияние оказывают на соединение и как их контролировать.

Изучите отличное видео про деформации при сварке:

Совет

Также рекомендуем ознакомиться с нашими лучшими материалами: сварка аргоном,  сварка нержавейки,  как выбрать сварочную смесь,  как определить расход смеси,  сварочная смесь или углекислота,  сварка алюминия.

Деформация сварного соединения происходит из-за расширения и сужения наплавленного металла во время нагревания и остывания в ходе сварки. Если проводить сварку только с одной стороны детали, то это приведет к большему уровню деформаций, чем при чередовании обеих сторон.

Во время цикла нагревания и охлаждения на сужение и деформацию металла влияет множество факторов, в частности, изменение физических и механических свойств металла по мере поступления тепла.

Например, по мере роста температуры в зоне сварки предел прочности, эластичность и теплопроводимость стали падают, а тепловое расширение и удельная теплоемкость возрастают. Эти изменения влияют на теплоотдачу и однородность распределения тепла.

Источники сварочных напряжений

Источниками напряжений являются неравномерный нагрев металла вблизи зон сварки, литейная усадка, структурные изменения (мартенситное превращение).

Сварочные напряжения вызывают:

  • искажение формы детали после механической обработки;
  • потерю устойчивости конструкции;
  • снижение сопротивляемости конструкции хрупким разрушениям, усталости;
  • снижение хладостойкости;
  • ускорение коррозионного разрушения;
  • «холодные» и «горячие» трещины в сварных соединениях

Мероприятия, снижающие сварочные напряжения и деформации для их предотвращения

  • При проектировании сварной конструкции следует стремиться к использованию обоснованных сечений швов и наименьшей их протяженности, предусматривать припуски на усадку отдельных элементов конструкций.
  • Расположение сварных швов должно быть симметричным относительно главных осей как отдельных элементов, так и всей конструкции в целом.
  • Не следует допускать пересечения в одной точке более трех швов.
  • Собранная конструкция перед сваркой должна быть проверена в отношении правильности ее размеров и величины зазоров в стыке.
  • Для уменьшения остаточной деформации перед сваркой конструкции или элемента в сварном соединении создавать искусственную деформацию, обратную по знаку ожидаемой от сварки.
  • По возможности сварку узлов осуществлять в приспособлениях.
  • Применять местный или общий подогрев конструкции для наведения в сварном соединении деформаций обратного знака по отношению к усадке.
  • Уменьшать зону разогрева путем применения теплоотводящих подкладок, либо повышения скорости сварки, либо использования охлаждающих смесей.
  • Порядок наложения швов в конструкции должен быть таким, чтобы последующий шов мог вызвать обратные деформации по отношению к деформациям предыдущего шва (обратно-ступенчатый способ наложения шва, сварка от середины шва в оба конца).
  • Для создания в сварном соединении напряжения сжатия применять проковку,  чеканку, обкатку роликами шва и околошовной зоны.
  • Использовать отпуск для снятия внутренних напряжений (650…680 градусов)

Исправление деформаций при сварке

Для исправления деформаций нужно обратить внимание на их тип:

  1. волнистость и саблевидность листов;
  2. коробоватость листов;
  3. хлопуны и выпучивание листов и стенок балок;
  4. перелом в стыке сварного соединения;
  5. грибовидность полок тавровых соединений;
  6. ромбовидность и винтообразность коробчатых элементов;
  7. продольный и поперечный выгиб элементов изделия.

Исправление элементов осуществляют термическим или термомеханическим способом.

Термомеханическую правку выполняют местным нагревом деформированного участка с одновременным механическим воздействием. Нагрев осуществляется ацетилено-кислородным пламенем. Запрещается правка элемента путем наплавки дуговой сваркой, графитовыми электродами, плазменными горелками.

Температура местного нагрева металла ~ 700 градусов. Допускается температура нагрева до 900 градусов. Термически упрочненные стали во избежание разупрочнения нагревают до температуры ниже 700 градусов.

При термической и термомеханической правке допускается применять проколачивание нагретого металла кувалдой через гладилку, при этом температура нагретого металла должна быть более 7000 С.

Температуру нагреваемой поверхности контролируют по цвету термокарандашами или приборами с переносной контактной термопарой типа ТПР-14 (0…500 С).

Не допускается правка углеродистых и низколегированных сталей при температуре воздуха ниже -15 С, а термически упрочненных сталей – при температуре ниже нуля. Запрещается охлаждать нагретый металл водой. Допускается повторный нагрев одних и тех же участков после полного остывания не более трех раз.
Правка волнистости осуществляется путем нагрева полосами по гребню волны.

Минимальная ширина зоны нагрева полосы не менее трех толщин листа. Правка саблевидности выполняется за счет нагрева «клиньев» со стороны выпуклой кромки. Высота клина h равна 2/3 ширины листа.

Источник: http://xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai/slovar/deformacii-pri-svarke-i-ih-prichiny/

Лекция № 18 Напряжения и деформации при сварке (понятия, виды, классификация, причины их возникновения, способы борьбы)

Деформацией называется изменение формы и размеров твердого тела под действием усилия. Если форма тела восстанавливается после прекращения действия силы, то деформация является упругой. Если тело не принимает первоначальной формы, то оно получило остаточную, или пластическую деформацию.

Напряжением называется сила, отнесенная к единице поверхности или к единице площади поперечного сечения тела.

В зависимости от направления действующих усилий могут возникать напряжения растяжения, сжатия, изгиба, среза и кручения. Напряжение, при котором происходит разрушение, называется пределом усталости.

Главной причиной пониженной усталостной прочности сварных соединений является сосредоточение напряжений. Причинами концентрации напряжений являются:

1.Дефекты швов – острый надрез, непровар, трещина и другие, расположенные поперек действия растягивающих напряжений.

Обратите внимание

2.Неправильные очертания сварного шва, например, швы с большой выпуклостью и неплавным переходом от наплавленного металла к основному.

3.Нерациональная конструкция сварных соединений

Меры борьбы с деформациями

Мероприятия, выполняемые до сварки

Рациональное конструирование сварных изделий.

В процессе конструирования необходимо: ограничивать количество наплавлен­ного металла уменьшением катетов швов или угла скоса кромок; не допускать пересечения большого количества швов; не располагать сварные швы там, где действуют максимальные напряже­ния от внешних нагрузок, и размещать их симметрично; применять преимущественно стыковые швы и т. п.

Правильная сборка деталей с учетом возможных деформаций.

При этом наиболее часто применяют метод обратных деформаций (рис.29). Зная, что шов после охлаждения всегда сокращается в размерах, можно заранее предугадать характер возможных напряжений и деформаций и произвести предварительный выгиб свариваемых деталей и противоположную сторону. Величина обратного выгиба определяется расчетным или опытным путем

При сборке деталей следует избегать прихваток, которые создают жесткое закрепление деталей и способствуют возникновению значительных остаточных напряжений. Лучше, применять сборочные приспособления, допускающие некоторое перемещение деталей при усадке металла.

Рис. 29Обратные деформации и положения элементов изделия после сварки

А – стыковое соединение двух пластин, б- тавровая балка, в – полка таврового соединения

Мероприятия, выполняемые в процессе сварки

Рациональная последовательность наложения сварных швов

Сварные конструкции следует изготовлять так, чтобы замыкающие
швы, создающие жесткий контур, заваривались в последнюю очередь. Сварку нужно вести от середины конструкции к ее краям, как бы сгоняя при этом внутренние напряжения наружу. Каждый последующий шов при многослойной сварке рекомендуется накладыватьв направлении, обратном направлению предыдущего шва.

При сварке полотнищ из отдельных листов (рис.30а) в первую очередь нужно выполнять поперечные швы отдельных поясов, чтобы обеспечить их свободную усадку, а затем сваривать пояса между собой продольными швами. В противном случае возможно образование трещин в местах пересечения поперечных и продоль­ных швов.

При сварке двутавровых балок (рис.30 б) в первую очередь выполняют стыковые соединения стенок и полок, а затем — угловые поясные швы.

При сварке цилиндрических сосудов из нескольких обечаек (рис.30в) сначала выполняют продольные швы обечаек, а затем обечайки сваривают между собой кольцевы­ми швами. При ручной и механизированной сварке швы большой протяженности рекомендуется накладывать в обратноступенчатом порядке.

Читайте также:  Критерии выбора сварочного стабилизатора

Рис. 30 Последовательность наложения швов (1 -8) при сварке:

А – полотнище из отдельных листов, б – двутавровой балки,

В – цилиндрического сосуда

Уравновешивание деформаций. В этом случае (рис.31) швы выполняют в такой последовательности, при которой последующий шов вызывает деформации обратного направления по сравнению с деформациями от предыдущего шва. Этот способ может быть использован при симметричном расположении швов.

Рис.31 Уравновешивание деформации:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник: https://zdamsam.ru/a64649.html

Причины возникновения напряжений и деформаций – Осварке.Нет

Одним из свойств металла является изменение размера под воздействием температур. Под воздействием высокой температуры металл расширяется. Как сильно он расшириться зависит от температуры нагрева и коэффициента линейного расширения материала.

https://www.youtube.com/watch?v=ZbnEIr5ITFc

Деформации и напряжения могут быть вызваны не только воздействием внешних сил. Существуют так званые собственные напряжения и деформации, которые присутствуют в металле даже без воздействия на него.

Собственные напряжения могут быть реактивными и остаточными. Остаточные напряжения появляются в результате местной пластичной деформации и остаются у изделия после сварки.

Реактивными называют напряжения возникшие во время сварки жестко закрепленной конструкции.

Классификация напряжений и деформаций

В зависимости от причины возникновения собственные напряжения разделяют на:

  • тепловые напряжения — появляются в следствии неравномерного распределения температуры во время сварки;
  • структурные напряжения — появляются в следствии преобразования структуры во время нагревания выше критической температуры.

В зависимости от времени существования собственные напряжения бывают:

  • временные — существуют при определенных фазовых преобразованиях и исчезают при охлаждении;
  • остаточные — остаются даже после исчезновения причин их образования.

Зависимо от площади действия различают три вида напряжений:

  • напряжения которые действуют в объемах конструкции;
  • напряжения которые действуют в рамках зерен металла;
  • напряжения которые существуют в кристаллической решетке металла.

По направлению действия напряжения и деформации бывают:

  • продольные — вдоль оси сварочного шва;
  • поперечные — направленны перпендикулярно оси шва.

По виду напряженного состояния напряжения бывают:

  • линейные — действуют в одном направлении;
  • плоскостные — действуют в двух направлениях;
  • объемные — действуют в трех направлениях.

Напряжения также могут быть сдавливающими и растягивающими.

Деформацию называют общей если она изменяет размер всего изделия, и местной — если она изменяет часть изделия.

Деформации могут быть пластичными и упругими. Если конструкция восстанавливает свою форму и размер после сварки, то такая деформация называется упругой, а если не восстанавливается — пластичной.

Во время выполнения сварки конструкций возникают напряжения и деформации. Напряжение которое превышает границы текучести метала приводит к появлению пластических деформаций, которые изменяют размеры и форму конструкции. Напряжения превышающие границу прочности приводит к появлению в трещин.

Причины появления напряжений и деформаций

Структурные преобразования

При сварке легированных и высокоуглеродистых сталей часто возникают структурные преобразования в металле — меняются размеры и расположение зерен металла при охлаждении. Поэтому меняется первоначальный объем металла и возникают внутренние напряжения.

Неравномерное нагревание

Рис. Неравномерный нагрев металла

При нагревании металла жестко связанного с холодным металлом образовываются сдавливающие и растягивающие напряжения. Это связано с изменением размеров размеров металла при нагревании.

Литейная усадка

Литейная усадка расплавленного металла сопровождается уменьшением объема металла при его кристаллизации. Так как расплавленный металл связан с основным в под воздействием литейной усадки возникают продольные и поперечные напряжения.

Рис. Деформации от поперечной усадки

Рис. Деформации от продольной усадки

Методы противодействия напряжениям и деформациям

Предварительный и сопроводительный подогрев

Предварительный и сопроводительный подогрев сталей улучшает механические качества шва и прилегающей зоны, уменьшает пластические деформации и остаточные напряжения. Используют для сталей склонных к закалке и образованию кристаллизационных трещин.

Обратно ступенчатый порядок наложения швов

Рис. Обратно ступенчатый порядок наложения швов

Длинные швы (свыше 1000 мм) разбиваются на участки по 100-150 мм и каждый из них ведется в направлении обратном направлению сварки. Используя обратно ступенчатый порядок наложения швов можно добиться более равномерного нагревания металла в сравнении с последовательным наложением. Равномерное нагревание металла значительно уменьшает деформации.

Проковка швов

Проковывать можно как нагретый так и холодный металл. При ударе металл разжимается в разные стороны, что уменьшает растягивающие напряжения. Сварочные швы на металле склонному к образованию закалочных структур не проковывают.

Уравновешивание деформаций

Способ заключается в выборе такого порядка наложения швов при котором каждый следующий шов создает деформацию противодействующую предыдущему. Например, поочередное наложение слоев при сварке двусторонних соединений.

Создание обратных деформаций

Детали собирают под сварку изначально под определенным углом. Когда во время сварки детали сближаются друг к другу деформация уменьшается.

Жесткое крепление деталей

Для этого используют жесткое закрепление деталей в кондукторах. Детали находятся закрепленными все время сварки, вынимают их после охлаждения. Недостатком является возможность возникновения внутренних напряжений.

Термическая обработка

Термическая обработка хорошо влияет на свойства шва и околошовной зоны, снижает внутренние напряжения и выравнивают структуру шва.

Источник: http://osvarke.net/deformacii/prichiny-vozniknoveniya-napryazhenij-i-deformacij/

Виды деформаций в сварных. изделиях и их причины

Деформации в сварных конструкциях появляются вследствие внутренних напряжений, которые вызывают­ся различными причинами.

Причины возникновения этих напряжений можно раз­делить на две основные группы:

— неизбежные, без которых процесс обработки невоз­можен;

— сопутствующие, которые, в принципе, можно устранить.

К неизбежным причинам возникновения напряжений при сварке относятся, например, неравномерный нагрев, кристаллизационная усадка швов, структурные измене­ния металла шва и околошовной зоны и т. д.

К сопутствующим причинам возникновения напряже­ний и деформаций относятся такие причины, как:

— неверные конструктивные решения сварных узлов (неправильно выбранный тип соединения, слишком близ­кое расположение сварных швов, частое пересечение свар­ных швов и т. п.);

— неправильнее применение техники и технологии сварки (несоблюдение режимов сварки, неправильный выбор электродов, некачественная подготовка металла к сварке и т. д.);

— низкая квалификация сварщика.

Любой металл при нагревании расширяется, а при ох­лаждении сжимается. При изменении температуры из­меняется структура металла, происходит перегруппиров­ка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой.

Например, олово способно переходить от одного типа кристаллической решетки к другому, причем со значи­тельным изменением объема (до 26%).

Это вызывает воз­никновение значительных внутренних напряжений, ко­торые, в свою очередь, нередко приводят к образованию трещин.

Если олово будет достаточно длительное время находиться при температуре —20 °С, оно начинает разру­шаться от самопроизвольного растрескивания.

Важно

Изменение температуры приводит к перемещению ча­стиц металла. Если такое перемещение будет встречать сопротивление, то в металле возникнет напряженное со­стояние.

Такое сопротивление может вызваться закреплением детали, препятствующим свободному растяжению или сжатию при нагревании или охлаждении.

Кроме того, напряжения в металле могут вызываться неравномерным нагреванием, когда одни области нагре­ваются больше, другие меньше.

Напряжения могут возникнуть также в результате из­менений структуры.

Например, кристаллизационная усадка металла шва проиисходит из-за того, что металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, но поскольку шов имеет жесткую связь с более холодным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений.

Если же происходит кристаллизационная усадка незакрепленного (свободно­го) образца металла, это приведет только к его укороче­нню.

В случаях, когда усадка имеет место при жестком закреплении свариваемых деталей или при неравномер­ном нагреве, в конструкции после охлаждения возника­ют внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию.

Деформации, возникающие при сварке, принято раз* делять на следующие виды:

— временные и остаточные;

— местные и общие;

— в плоскости и вне плоскости сварного соединения.

Деформации, которые возникают в некоторый момент

времени-при сварке, а после сварки исчезают, называют­ся временными.

Деформации, возникающие в изделии к моменту его полного охлаждения, называются остаточными, или ко­нечными.

Местные деформации возникают в отдельных участках изделий (выпучины, волнистости и т. д.), деформации, при которых искривляются геометрические оси и изменяются размеры всего изделия, называются общими.

Совет

Деформации возможны в плоскости сварного изделия (рис. 38) — например, продольные и поперечные, а так­же вне плоскости (рис. 39).

Рис. 38. Деформации а москости мерных соединении’. 1 — форме соединения до сварки, 2 — после сварки
Рис. 39. Деформации вне плоскости сварных соединений: о ~ серповидность балки, 6 — грибовидность полок балки, в — угловая деформация стыкового соединения, f— прогиб балки;1, 2,3. 4— порядок наложения швов

Источник: http://hssco.ru/vidy-deformacij-v-svarnyx-izdeliyax-i-ix-prichiny/

Сварочные напряжения и деформации

Деформации и напряжения металлов при сварке способны возникать из-за множества различных причин. Они отрицательно влияют на механическую прочность свариваемых конструкций.

Наиболее распространенные причины проявления деформаций, напряжений — это неравномерно осуществляемое нагревание, охлаждение соединяемых деталей, структурные модификации металла шовного соединения, литейная усадка наплавляемого металла.

Причины проявления деформаций, напряжений материалов

При сварных работах соединяемые образцы подвергаются воздействию достаточно высоких температур. Напряжения, деформации могут образовываться в следующих ситуациях:

  • литейная усадка;
  • нагревание материала на соединяемом участке осуществляется неравномерно;
  • изменения структуры металла при охлаждении после нагревания. Сначала происходит деформация кристаллических зерен, после — всей металлической конструкции.

Литейная усадка

Данный процесс происходит из-за образования в поверхностных слоях металла, которые непосредственно касаются сварного шва, остаточных напряжений. Основная причина этого — уменьшение объема охлаждаемой сварной ванны. Происходит растягивание ближайших слоев металла изделий. При минимальном объеме ванны деформации, напряжения, формирующиеся в процессе ее затвердевания, тоже минимальны.

Нагревание/охлаждение производится неравномерно

В результате неравномерного увеличения температуры металла, в нем формируются напряжения тепловые, осуществляется изменение пластичности, прочностных характеристик. Если температура нагревания высокая, показатель теплопроводности материала минимальный, тогда напряжения тепловые будут повышенными.

Деформации и напряжения при сварке формируются под воздействием тепловой энергии электротока. Основными причинами их возникновения является неравномерный разогрев материала, неправильное охлаждение, усадка жидкого материала ванны, изменения структуры металла на участке термического воздействия, в соединительном шве.

Изменения структуры материала

Причинами данного процесса являются образования растягивающих/стягивающих напряжений. Подобные преобразования иногда способствуют изменению объема соединяемого металла.

В процессе сварки образцов из сталей низкоуглеродистой группы, напряжения незначительны, существенно не влияют на качество сваривания.

Достаточно большие деформации возникают в период сваривания образцов из сталей легированной группы с наличием углерода больше 0,35 процентов. В данном случае не исключено образование в сварочных швах горячих трещин.

Процедуру деформации металла можно охарактеризовать:

  • углом поворота;
  • укорочениями, прогибами образцов;
  • величинами точек шва;
  • параметрами выхода из плоскости, образующей равновесие.

Мероприятия, способствующие снижению деформаций

Достичь сокращения сварочных напряжений и уменьшения деформации при соединении металлических образцов достаточно сложно. Для этого нужно предпринимать следующие меры:

  • Предварительно до начала сварных работ, еще в процессе проектирования металлоконструкции, анализируются последствия взаимодействия металлов при выполнении сварочных работ. Если подобранные материалы не сочетаются друг с другом, для выполнения соединения необходимо приложить большие усилия, сварочная процедура требует дополнительных материальных вложений, можно подобрать другой металл, уменьшить скорость выполнения шва, поменять конструкцию, сделать в ней минимальное число сварных швов.
  • При непосредственном проведении сварных работ нужно правильно организовать последовательность выполнения соединения деталей. Замыкающие швы конструкции должны производиться в самую последнюю очередь. При выполнении сварки вручную, когда сварные швы достаточно длинные, соединение необходимо выполнять в ступенчатом порядке, и максимально жестко скреплять между собой узлы.
  • Кроме этих мероприятий, непосредственно перед началом выполнения соединения изделий, можно незначительно повредить их кромки в направлении, обратном направлению предполагаемой деформации.
  • Если предварительно соединяемые металлические детали незначительно подогреть, сварочные деформации металла шва будут минимальными. Сварочное напряжение, на которое не обратили внимания в период проведения сварочных работ, способно отрицательно повлиять на жесткость, прочность соединяемой конструкции.
Читайте также:  Как отремонтировать очки пайкой и другими способами

Сергей Одинцов

Источник: https://electrod.biz/tehnologii/svarochnyie-napryazheniya-i-deformatsii.html

Два вида напряжений и деформаций при сварке

Основные понятия. Напряжением называется внутреннее усилие, приходящееся на единицу площади поперечного сечения тела. Величину напряжения выражают в кГ/см2 или в кГ/мм2.

Различают два вида напряжений, которые могут быть в теле: собственные напряжения (иногда называемые внутренними), существующие в теле независимо от приложения к нему внешних сил, и рабочие напряжения, вызываемые приложением к телу внешней нагрузки.

В зависимости от причин, вызвавших собственные напряжения, различают:

1) тепловые напряжения, вызванные неравномерным нагревом и охлаждением изделия при сварке;

2) усадочные, вызванные усадкой металла шва при затвердевании;

3) структурные напряжения, возникающие вследствие структурных превращений, происходящих в металле, нагреваемом выше критических температур.

В сварных соединениях незакаливающихся низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, нержавеющих хромоникелевых и хромоникельмарганцовистых ферритно-аустенитных и аустенитных сталей, а также высокохромистых сталей ферритного класса возникают только тепловые и усадочные собственные напряжения.

В сварных соединениях закаливающихся сталей возникают как тепловые, так и структурные собственные напряжения.

Собственные напряжения в металлических деталях могут возникнуть при их сварке, отливке и закалке. Поэтому в зависимости от технологического процесса изготовления изделий собственные напряжения называют соответственно сварочными, литейными, термическими.

Например, при неравномерном остывании отливки в ней появляются значительные собственные напряжения. То же самое наблюдается при быстром охлаждении толстостенного металла в процессе термической обработки. Причины возникновения сварочных, литейных и термических напряжений одинаковы.

Обратите внимание

Рис. 15. Возможные напряжения в твердом теле: а — линейные (одноосные), б — плоскостные (двуосные), в объемные (трехосные).

По направлению действия сварочные собственные напряжения бывают продольные (направленные вдоль шва) и поперечные (направленные перпендикулярно оси шва).

В зависимости от пространственного расположения и направления действия различают:

1) линейные (одноосные) напряжения, действующие в одном направлении (рис 15, а);

2) плоскостные (двухосные) напряжения, расположенные в одной плоскости и действующие во взаимно перпендикулярном направлении (рис. 15,б);

3) объемные (трехосные) напряжения, действующие по всем направлениям пространства (рис. 15, в).

Линейные собственные напряжения образуются при сварке тонких стержней, плоскостные — в сварных соединениях тонких листов и объемные — в сварных соединениях толстого листового металла.

https://www.youtube.com/watch?v=LFZO_g1QZyU

Напряжения бывают растягивающие и сжимающие. Собственные сварочные напряжения в свою очередь могут быть реактивными и остаточными.

Реактивными называются напряжения, возникающие при сварке деталей, находящихся в жестко закрепленном состоянии (например, при сварке встык двух стержней, несвариваемые концы которых жестко закреплены).

Реактивные напряжения не уравновешиваются внутри металла и поэтому при устранении закрепления они исчезают.

Важно

Остаточные напряжения, возникающие в изделии благодаря протеканию в металле местных пластических деформаций или местных структурных превращений, сохраняются в изделии после сварки независимо от того, закреплено оно или нет.

Они могут быть устранены либо термической обработкой изделия (отпуском или отжигом), либо приложением к изделию внешней нагрузки, достаточной для пластической деформации металла.

Напряжения, возникающие в местах нагреваемого участка изделия, подверженных пластическим деформациям, вызывают образование напряжений в соседних участках изделия, причем эти напряжения имеют противоположное направление. Растягивающие и сжимающие остаточные напряжения равны между собой и взаимно уравновешиваются внутри изделия.

В зависимости от размеров участка, в пределах которого имеются и -взаимно уравновешиваются собственные напряжения, различают три рода напряжений:

1) напряжения первого рода, которые существуют и взаимно уравновешиваются в сравнительно больших объемах металла;

2) напряжения второго рода, которые существуют и уравновешиваются в пределах зерен металла;

3) напряжения третьего рода, которые существуют и уравновешиваются в пределах кристаллической решетки металла.

При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей в сварных соединениях возникают напряжения первого рода. Напряжения второго и третьего рода могут возникать при сварке некоторых легированных и высоколегированных сталей.

Совет

В сварочной практике преимущественно встречаются собственные напряжения первого рода. Эти напряжения вызывают деформации ( коробления) сварных соединений. Если в сварных швах имеются дефекты (поры, непровары и др.), значительные остаточные напряжения, особенно объемные, могут вызвать преждевременное разрушение сварной конструкции в процессе ее эксплуатации.

Поэтому при дальнейшем изложении материала основное внимание будет уделено сварочным напряжениям первого рода, главным образом линейным и плоскостным.

Деформацией называется изменение формы и размеров твердого тела под действием приложенных к нему или возникающих в нем напряжений. Размеры деформации определяются величиной действующих напряжений: чем больше напряжение, тем больше вызываемая им деформация.

Деформация может быть упругой и пластической (остаточной) в зависимости от величины действующего на тело напряжения и механических свойств материала данного тела.

Если величина напряжения недостаточно велика и после прекращения действия нагрузки тело принимает первоначальную форму и размеры, то в этом случае материал тела под действием напряжения претерпевал лишь упругую деформацию.

Если же величина напряжения достигает предела текучести материала данного тела или превосходит его, то в последнем возникает пластическая деформация и после прекращения действия нагрузки оно сохраняет новую, приобретенную им форму, т. е. в этом случае тело претерпело остаточную деформацию.

Чем больше усилие (напряжение), приложенное к данному телу, тем больше его остаточная деформация. Точнее, чем больше напряжение сверх предела текучести материала данного тела, тем большую остаточную деформацию будет иметь тело.

Источник: http://www.prosvarky.ru/mehanizirov/theory/18.html

Как устранить деформации при сварке – Мanufactory-Industry-Design

Внутренние деформации и напряжения уменьшаются различными технологическими приёмами, включающими технику и очерёдность созданий и размещение сварочных швов, правильную конструкцию изделия, выбор режима дуговой сварки.

3 способа уменьшения напряжения и искажения при сварке

Напряжения либо искажения, возникающие при сварке в конструкциях, уменьшают тремя основными методами их регулировки.

  1. Снижением объемов подвергаемого пластичным деформациям материала при его нагревах и снижениях самих пластичных деформаций.
  2. Созданием в зонах пластичных деформаций, возникшей от нагревов металла, дополнительной деформации с противоположным направлением. Это можно сделать во время остываний и в моменты остаточного охлаждения.
  3. Можно симметрично разместить сварочные швы с целью компенсирования появляющихся перемещений с деформациями. Также можно устранить такого рода дефекты при создании искусственных зон пластичных деформаций со свободной усадкой.

Помимо деформирований и напряжений при сварочном процессе зачастую возникают отклонения (дефекты).

Виды отклонений (дефекты) в сварочном процессе

Существует несколько видов отклонений (дефектов) – внутреннего и наружного типа. Обнаружение дефектов наружного типа выполняется на визуальной основе во время осмотра сварного шва.

Обнаружение дефектов внутреннего типа при их нахождении во внутренней части сварочного шва возможно только, проведя дефектоскопию с рентгеном и механообработкой.

Несмотря на классификацию и причины возникновения дефектов, это всё же дефект, который нужно устранить либо провести минимизацию его количества и размеров.

Поскольку любое отклонение (дефект) сварочных швов является угрозой функциональности и стабильности всего изделия, мастера проводят определённые операции для их ликвидации. Для минимизации вероятности возникновения дефектов (отклонений) необходимо:

  • Учесть, по какой последовательности выполнялась сварка и с какой квалификацией работает сварщик.
  • Учесть тип присадочных материалов и структура свариваемых металлов.
  • Учесть применение защитных газов и последовательность подготовки поверхностей для проведения процесса сваривания.
  • Учесть тип применяемого сварочного оборудования.

К отклонениям (дефектам) наружного типа относят возникновение нарушений размеров (появление наплывов с подрезами), прожогов и непроваров, незаваренных кратеров.

Так, непровары возникают вследствие недостаточного сварного тока, оказывающего большое влияние на сваривание металла.

Ниже представлены описания применяемых в промышленности методов ликвидации деформирования и минимизации напряжения, а также устранение отклонений (дефектов).

Устраняем возникшие при сваривании отклонения

Крупные трещинки устраняются с помощью заварки. Для начала в предварительном порядке рассверливаются насквозь несколько отверстий на дистанции 50 мм к концам возникших трещинок для предупреждения их распространений.

Далее пневмозубилом, газовыми резачками для резаний поверхностного типа (либо резачком дуго-воздушного типа) выполняют V- или Х-образные разделывания трещинок, удаление шлаковых элементов с её кромочек и заваривание ступенчато-обратными методами (рис. 1).

Рис.1.

Именно таким методом выполняется корректировка сварочного соединения с трещинкой: 1 — схема места нагрева; 2 — схема рассверленного отверстия; 3 — схема разделывания каждой кромки на трещине; 4 — схема образовавшейся трещинки; I, II, III, IV — описание этапов заваривания.

Зачастую перед началом сварочного процесса выполняется нагрев стали (в месте концов трещинок) посредством горелок газового типа (нагрев должен выполняться до жары в 200 градусов) таким образом, чтобы остывание швов и прогретых участков проходило в одно и тоже время.

Обратите внимание

Делается это во избежание возникновения остаточных напряжений на сварочном шве (его концах).

Швы, у которых непровары, газо-шлаковые включения, небольшие трещинки вырубаются либо выплавляются и вновь завариваются.

Аналогичные операции делают и в пережжённых участках изделия. Кстати, вырубкой или выплавкой проблемы с дефектами сварочных швов можно решить при сварке элементов из углеродистой стали.

Неполномерности в швах устраняются посредством наплавления дополнительных слоёв, а заваривание подрезов делается с помощью тонких валиковых швов.

Удаление наплавов, натёков, а также дополнений шва (образований в его сечении дополнительного материала) выполняется посредством абразивов либо пневмозубила.

Если возник перегрев металла, значит, необходимо прибегнуть к его соответствующей термообработке.

Как исправить деформации в сварочных изделиях

Если деформирование гораздо выше нормы, то выправление элементов (изделий) происходит с помощью механической, термической либо термомеханической технологий.

Выправления по механической технологии выполняют с использованием молотов с домкратами, прессов на винтовой основе и прочих приспособлений, способных создать воздействие ударных либо статических нагрузок, прилагаемых с места максимальной выгибаемости конструкции (рис.2).

Такая правка является очень трудоёмкой. При неправильном её выполнении, как в сварочных швах, так и в остальном материале могут появиться трещинки и разрывы.

Рис.2. Посредством воздействия нагрузки корректируются тавровые сварные балки.

Как исправить деформацию тонколистовых металлов

Деформации в тонколистовых металлических изделиях устраняются с помощью их прокатывания валиками (рис.3). Только на сварочные швы нужно сначала поставить накладки. При прокатке из-за растягивания сварного шва образуются пластичные деформации, минимизирующие напряжение с образованным им короблением.

Рис.3. Устранение деформаций в тонколистовых металлических конструкциях а – схема сваренных листов перед прокатыванием, б – схема процесса прокатывания, 1 – схема сварочного шва, 2 – схема накладки, 3 – схема прокатных валков

Как устранить деформацию толсто-листовых металлов

Искажения в металлических толстолистовых деталях устраняет послойная проковка каждого сварочного шва. В процессах термокорректировок небольшие металлические участки в деформированных деталях нагреваются специальными горелками.

Читайте также:  Что необходимо знать о газовой сварке

Прогрев проводится, пока металлические выпуклые места деформированной детали не перейдёт в состояние пластичности. Далее каждый из прогретых мест охлаждается.

При этом происходит корректировка детали посредством возникающих в этот момент напряжений.

Нагрев

Так, тавровые сварочные балки выправляют посредством нагрева её выпуклого участка полосами (с шириной достигающей 25-30 мм), схожесть которых выполняется под 30-градусным углом (рис. 4, а).

Также при выправлении балки со швеллерным сечением выполняется нагрев обеих полок и, помимо этого, с помощью полос (их ширина равняется 35-40 мм) — её стенка (рис. 4, б).

В момент выпучивания швеллерной рамы расположение нагревающих полос выполнено по схеме, изображённой на рис. 4, в).

Рис.4. Нагревающие участки при термоправке: а – схема выправления тавровых балок, б – схема выправления балки со швеллерными сечениями, в – схема выправления швеллерных рам.

Изгиб и нагрев

При термомеханической правке статическая нагруженность, создающая изгиб деформированной детали в необходимую сторону, сочетается с местным нагревом. Этим методом исправляют довольно жёсткие узлы (рис.5).

Рис.5. Схема корректировки сварных фундаментов термомеханической правкой с использованием домкратов. 1 – схема опор, 2 – схема мест прогрева, 3 – схема домкрата.

Как уменьшить напряжение

Снижение внутреннего напряжения в швах сварочных конструкций выполняется посредством проковки каждого слоя швов, сопутствующего либо предварительного подогрева конструкции, термообработки после сварочного процесса.

Проковку каждого слоя выполняют посредством имеющего закруглённый бойок пневмозубила. Этот метод используется при выполнении многослойного сваривания конструкций с большой толщиной. Кстати, чтобы не было надрывов и трещинок, проковка нижнего и верхнего слоя шва не выполняется.

Метод подогревов сопутствующего либо предварительного типа выполняется при попытке выполнить сваривание склонных к закалке металлов. Подогревают обычно при условиях, устанавливаемых исходя из марки металла и его жёсткости. Нагрев выполняется с помощью индукторов, многопламенных горелок или печей.

При термообработке после сваривания предусматривается проведение низкотемпературного отпуска детали и его медленного охлаждения в печи.

Источник: https://www.tehnohacker.ru/obzory/kak-ustranit-deformatsii-pri-svarke/

Деформации и напряжения при сварке

Главная » Статьи » Профессионально о сварке » Основы сварки

Рекомендуем приобрести:

Сварочные деформации и напряжения являются следствием многих причин. Они значительно снижают механическую прочность сварной конструкции. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва.

Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла.

Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого металла.

Важно

Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем большие тепловые напряжения и деформации развиваются в свариваемом шве.

Литейная усадка вызывает напряжения в сварном шве в связи с тем, что при охлаждении объем наплавленного металла уменьшается. Вследствие этого в близлежащих слоях металла    возникают    растягивающие силы. Чем меньше количество расплавленного металла, тем меньшие возникают напряжения и деформации.

Структурные превращения вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в связи с тем, что они в некоторых случаях сопровождаются изменением объема свариваемого металла. Например, у углеродистых сталей при нагреве происходит образование аустенита из феррита — этот процесс сопровождается уменьшением объема.

При больших скоростях охлаждения высокоуглеродистых сталей аустенит образует мартенситную структуру, менее плотную, чем аустенит; этот процесс сопровождается увеличением объема. При сварке низкоуглеродистой стали напряжения, возникающие от структурных превращений, небольшие и практического значения не имеют.

Стали, содержащие более 0,35% углерода, и большинство склонных к закалке легированных сталей дают значительные объемные изменения  от структурных превращений. Вследствие этого развивающиеся напряжения оказываются достаточными для возникновения трещин в шве.

Внутренние напряжения уменьшают прочность сварной конструкции.

Кроме того, если сварной шов нагружен внешними силами, то внутренние напряжения, накладываясь на напряжения от внешних сил, снижают запас прочности конструкции, а в некоторых случаях могут вызвать ее разрушение.

Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций применяют ряд технологических мер и приемов наложения сварных швов. Важное значение имеют правильный выбор конструкции изделия, расположение сварных швов, последовательность их выполнения и режимы сварки.

Уменьшения внутренних напряжений достигают следующими мерами. Длинные швы выполняют обратноступенчатым способом на проход (рис. 53, а). Многослойную сварку выполняют каскадным способом или горкой. При этом хорошие результаты дает послойная проковка шва (кроме первого и последнего слоя).

Совет

Швы накладывают с таким расчетом, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные возникшим от предыдущего шва (рис. 53, б, в). Последовательность выполнения швов должна допускать свободную деформацию элементов конструкций.

Например, при сварке настила из нескольких листов следует в первую очередь выполнять швы, соединяющие листы полос, и лишь затем швы, соединяющие эти полосы между собой (рис. 54).

Для вязких металлов могут быть рекомендованы способы сварки, значительно снижающие остаточные деформации.

Первый способ: элементы свариваемой конструкции закрепляют в сборочно-сварочном приспособлении, в котором изделие собирают, сваривают и оставляют до полного остывания.

Второй способ, широко применяемый на практике, заключается в интенсивном отводе теплоты, например, частичным погружением изделия   в   воду,   охлаждением   струей воды, применением различных медных подкладок.

У сталей, склонных к образованию закалочных структур, резкое охлаждение сварного шва и околошовной зоны вызывает значительные внутренние напряжения и даже появление трещин в наплавленном металле.

Для уменьшения разности температур в изделии и обеспечения медленного охлаждения применяют предварительный подогрев изделия.

При сварке в условиях низких температур такой подогрев обязателен даже для низкоуглеродистых сталей.

Обратите внимание

Для снятия внутренних напряжений иногда применяют термическую обработку сварных изделий, главным образом отжиг или нормализацию. Отжиг применяют полный или низкотемпературный. Полный отжиг заключается в нагреве изделия до 800 …

950°С, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. В результате такой обработки пластичность и вязкость наплавленного металла и металла зоны термического влияния возрастают, а твердость металла снижается.

При этом в сварном изделии полностью снимаются внутренние напряжения. Низкотемпературный отжиг (или высокий отпуск) заключается в нагреве сварного изделия до 600 … 650°С, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении вместе с печью.

Так как температура нагрева ниже критической, структурные изменения в металле не происходят. При меньших температурах нагрева сварочные напряжения снимаются частично.

Нормализация заключается в нагреве изделия до температуры на 30… 40° С выше критической, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе (т. е. с несколько большей скоростью, чем при отжиге).

Такая обработка является наилучшей для сварных изделий, так как не только снимает внутренние напряжения, но позволяет получить мелкозернистую структуру металла. Особенно следует рекомендовать нормализацию для сварных изделий из низкоуглеродистых сталей, содержащих углерода менее 0,25%.

Для термообработки крупногабаритных сварных изделий применяют мощные термопечи.

Процесс сварки сопровождается резко неравномерным нагревом изделия. Зоны металла, прилегающие к сварному шву, нагреваются теплотой дуги, а затем охлаждаются по мере распространения теплоты в массе металла.

В результате местного нагрева и последующего охлаждения происходят объемные изменения металла, приводящие я появлению временных и остаточных деформаций и напряжений.

Важно

Поэтому для понимания процесса их образования необходимо проанализировать влияние нагрева тела на возникновение в нем деформаций и напряжений.

Представим себе, что тело составлено из большого количества малых кубических элементов одинаковых размеров. При равномерном повышении температуры тела каждый элемент будет расширяться на одну и ту же величину (пропорциональную повышению температуры) равномерно во всех направлениях.

Таким образом, элементы будут оставаться кубиками одинаковых размеров; их можно соединить между собой и получить сплошное тело, при этом никаких напряжений не возникнет. Если, однако, повышение температуры неравномерно, то каждый элементарный кубик стремится расшириться на величину, пропорциональную повышению его температуры.

Получающиеся в результате такого нагрева кубики разных размеров нельзя соединить между собой; однако, поскольку тело должно оставаться сплошным, каждый элемент ограничивает свободное расширение соседних элементов, что сопровождается возникновением напряжений.

Степень ограничения свободного температурного расширения может быть неодинакова не только у различных кубиков, но и у данного кубика в различных направлениях. В связи с этим неодинаково изменяется длина ребер кубика и искажаются его углы.

Другими словами, возникает сложное напряженное состояние как выделенного кубика» так и тела в целом. Если работа материала кубика проходит в упругой области, то после полного остывания он стремится восстановить свои размеры. Это стремление будет реализовано, когда соседние кубики также восстанавливают свои размеры, т.е.

если при нагреве материал тела во всем своем объеме работал упруго. В этом случае после полного остывания в теле отсутствуют остаточные напряжения, а форта и размеры тела становятся такими же, как и до нагрева.

Если же в процессе нагрева возникнет пластическая деформация металла кубика, то после остывания он стремится изменить свои размеры на величину возникшей при нагреве пластической деформации, которая может быть неодинакова не только у различных кубиков, но и у данного кубика по разным направлениям. Получающиеся в результате пластической деформации кубиков элементы разных размеров также не могут быть соединены без принудительного искажения свои размеров и формы вследствие взаимного влияния. В итоге возникают остаточные деформации и напряжения.

Совет

Аналогичное состояние металла может быть результатом его фазовых (структурных) изменений. Если при определенной (критической) температуре происходят фазовые превращения металла, связанные с изменением его объема, то те кубики, которые находятся в области, нагреваемой выше критической температуры, изменяют свой объем, в то время как кубики вне указанной области его сохраняют.

Таким образом, неравномерный нагрев тела, неоднородная (неодинаковая по объему тела) пластическая деформация и местные фазовые превращения металла вызывают неодинаковые изменения и в связи с этим являются причинами появления напряжений.

В общем случае неравномерность распределения температуры в реальных конструкциях при сварке такова, что возникает трехосное напряженное состояние.

Иначе говоря, кубики вблизи источника теплоты нагреваются неодинаково по всем трем направлениям и имеют различную степень ограничения тепловому расширению в этих направлениях.

Однако в большинстве случаев одни составляющие напряжений настолько незначительны по сравнению с другими, что ими можно пренебречь и следует рассматривать возникающее напряженное состояние как одномерное или двумерное.

В частности, рассматривая деформации, возникающие при сварке элементов балочного типа, можно считать, что напряженное состояние является одномерным. В этом случае достаточно проследить за изменением размера элементарных кубиков лишь в одном направлении – по продольной оси балки.

Геворкян В.Г. Основы сварочного дела
Гатовский К.М. Теория сварочных напряжений и деформаций

См. также:

Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/1/1/3-1-0-4

Ссылка на основную публикацию